基于密钥交换与混沌序列密码加密的传输技术研究

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1、第1章绪论1．1课题研究背景与目的意义信息时代给人们带来极大的便利和快捷，对人类生产和生活方式产生深刻影响，同时也带来许多问题，信息安全和隐私信息保护是其中最为突出的主题。我国有关保密安全的理论研究和科学实践起步较晚，无法满足在实际生产生活中的需求，况且从发达国家进口引进的密码算法已无安全性可言，因此必须开展自主研究，增强自行设计、自行开发、自行升级新技术的能力，这在未来激烈的信息战中至关重要。正是在此背景下，本文开展基于RSA公钥算法的密钥传输、混沌序列密码用于加密的双功能加密芯片研究。加密依赖于密码技术。目前的密码系统包括非对称公钥密码

2、和对称密码体制两个系统，两者在不同场合均有重要应用。对称密码体制是用同一密钥来加密和解密原始信息。在接收端，只有掌握与加密端相同的密钥，才能对收到的数据成功解密：否则即使信息被截取，也难以破译川。然而，初始密钥的非安全传输泄漏和现代计算机技术的快速发展都为破译对称密码体制增添了威胁与挑战。在这种情况下，采用非对称密码来传输初始密钥将十分必要。因为非对称密码是指加密和解密的密钥完全不同，且具有单向陷门特性，能够保证初始密钥在安全信道中传输。然而公钥密码体制的缺点在于其加密参数生成困难且加密算法复杂，因此其加密速度远远小于对称密码体制，甚至是对

3、称密码体制速度的几千几万分之一。因此为了更好的发挥各自的优势，在实际的应用中需要结合两种体制，从而达到数据加密速度与数据安全传输的最优化。对称密码体制具体包括序列密码与分组密码两类，其中序列密码在国防、军事、政府、企业信息安全方面有着重要作用。而传统序列密码中，设计一种非线性函数，使它既能产生高复杂度、非线性、具有良好统计特征输出序列，又能根据密钥分配不同而易产生无穷种类的输出序列较为困难。混沌系统可以提供众多黑龙江大掌硕士学位论文的非相关、类随机而又确定再生的输出序列吲，具有良好伪随机性、不可预测性、对初始值和系统参数的极端敏感性等特性【

4、31，与密码加密原理十分契合，所以混沌密码日益受到重视。RSA公钥算法是第一个理论最成功的公开密码体制，是密码学中一场重大变革14】。本文利用RSA公钥密码算法实现初始密钥在保密通信双方之间的安全传输，并将其在FPGA上硬件实现。本课题来源于国家自然科学基金，“数字化混沌新模型及其在信息加密系统中的应用研究(No．61072072)”。1．2国内外同类课题研究现状及发展趋势随着信息社会网络技术的迅速发展，信息安全成为当代社会广泛关注的热点问题，加密技术作为保障信息安全的重要手段突显重要。对称密码是指加密端和解密端使用相同的密钥，并保持该密钥

5、不被窃取。对称加密体制的优点是加、解密速度快，适合大量数据加密。但是加解密过程中公用一个密钥，如果密文和密钥在传输过程中一旦被截获，窃取者就可以利用截获的密钥轻而易举的破解密文。鉴于对称密码体制这一缺点，新的加密算法应用而生。RSA是非对称密码体制中最著名的公钥加密算法，其加密和解密的密钥不同，且无辅助信息难以互相推导。但其加密速度却大大降低，仅为对称密码的1／100，甚至1／1000，不适合处理大量数据15】o因此，为了更好的发挥各自的优势，设计一种将对称加密算法和非对称加密算法RSA相结合的混合数据加密方案，用RSA公钥算法实现初始密钥

6、的交换，再用交换的初始密钥加密大量的待传输的重要信息，从而实现加密速度与安全传输的最优化。目前，将非对称密码体制与对称密码体制相结合的研究十分常见，其中大多是RSA公钥算法与AES、DES以及3DES等分组密码的结合【6】．191，例如文献【10】研究基于RSA和三重DES数据安全传输机制的研究，为网络安全传输提供了有效方法；文献【ll】研究基于DES和RSA的组合加密技术在综合船桥系统中的研究；AbdullahAIHasib和AbulAhsanMd研究TAES和RSA2fl密体制，并强调了一些重要的数学概念，以及涉及两者的安全问题的算法1

7、12】。一，．第l章绪论通过分析可以看出，目前两种密码体制相结合的案例十分普遍，国内外学者都展开了深入研究，但基本都是围绕RSA和DES、3DES和AES等分组密码相结合展开的，而DES密码已经被穷尽密钥搜索攻击方法破解，AES是美国NIST伟tJ定的新密码标准，这些技术对我国的出口是严格禁止的，因此要保证我国的信息安全，我们亟需研究具有自主创新的加密算法I】引。序列密码主要用于政府、军方等国家要害部f]lMJ，随着电子计算机及现代通信技术的发展，序列密码是仿效“一次一密”高保密性密码的理想方案ll引，在对序列密码的研究中，混沌序列密码尤其

8、受到关注，早在1984年R．Matthews提出了混沌加密思想116】以后，混沌和密码学的研究不断深入11刑2们。因此研究公钥算法RSA与混沌密钥序列相结合的混合加密系统成为一种